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世界“第一跨”是怎样“炼”成的

林莉君 芦连宝 胡宗禄

2011年06月14日09:07    来源:《科技日报》     手机看新闻

  


  她,430米宽的江面上没有一个桥墩,桥面像彩带一样从矗立在水中的两个“A”字形主塔之间一穿而过,创造了世界上同类型桥梁中的“第一跨度”;

  她,单根主缆把没有桥墩支撑、重达9000多吨的桥身“吊”起在江面上,是我国第一座单主缆斜吊杆地锚式悬索桥;

  她,连接柳江两岸,全长近两千米,把过江时间从1个多小时缩短至2分钟;

  她,建造过程中难题不断,多项施工工艺打破常规、刷新纪录,成就了7项专利(另外6项专利正在申请中)和1项省级工法。

  5月19日,她——广西柳江双拥大桥主桥箱梁顺利合拢,为今年9月底的全线贯通奠定了坚实基础。

  都说桥梁是力学的艺术。站在桥面上,看着她轻盈飘逸的姿态、30层楼高的白色主塔、跨江而过的一根缆绳……我们在感受力学带来视觉震撼的同时,不禁要问是什么成就了这样一座桥?其背后是怎样一群不平凡的建设者?

  有其它选择,为啥专挑最难最险的?9000多吨的桥身,怎样“飞过”430米宽的江面?没有借鉴,他们敢想——

  呈南—北走向的双拥大桥,南岸位于下茅洲屯以北,连接至双拥大道,北岸位于鹧鸪江旧码头,连接至北外环路。无桥墩的设计不仅让她成为国内首座单主缆斜吊杆地锚式悬索桥,也成了中铁股份公司在柳州市投资“三桥一路”四个项目中技术含量最高、安全风险最大、施工方案最复杂的“三最”项目。

  “签合同之前,我们项目部还可以选择其它两个施工工艺相对简单点的大桥,但是我们不想重复以往的施工方案,对设计成这样的一座桥很好奇,就想挑战一下自己。”记者面前的唐俊把记忆的闸门拉回到2008年。

  作为中铁上海工程局一公司学科带头人、双拥大桥的项目经理,唐俊的“好奇”和“挑战自己”不是拍拍脑袋就决定的,毕竟桥梁的建造容不得“冒险”。他和项目部有这份底气和自信。

  2006年,唐俊带领项目部施工完成我国首座41米宽桥面整幅浇筑的部分斜拉桥——三门江大桥,所编写的“宽桥面部分斜拉桥施工工法”成为国家级工法。

  2008年,在没有任何可借鉴经验的情况下,唐俊带领项目部创造了大跨度水上拱桥保护性拆除的成功范例——被称为“亚洲第一拆”的静兰大桥,拥有自主知识产权的《钢筋混凝土五联拱箱肋拱桥保护性拆除施工技术》获得了国家发明专利,填补了国内同类型桥梁改建施工的技术空白。

  “2008年3月份,静兰大桥施工接近尾声的时候,我们就参与到双拥大桥的设计过程中,当时项目部离双拥大桥比较近,为了勘察地形,更好地了解这一项目,我们来来回回跑了30多次。”唐俊告诉记者。

  即使有充分挑战新项目的准备,但是双拥大桥独特的设计、所在位置的特殊地质等因素仍然花费了项目部近半年的时间来完成对大桥的建点、计算、画图、确定施工方案。“而一般大桥的施工方案哪用得着想这么久,静兰大桥的施工方案15天就出来了。”回忆起那半年的思考过程,年仅37岁的唐俊并不觉得苦,他说那是“很有乐趣的一件事情”。

  双拥大桥的桥面全部采用扁平流线型钢箱梁进焊接,每节钢箱梁横向宽38米,纵向长7—10米,分为53片钢箱梁节段,每个节块重达196吨,总长度510米。

  这么笨重、这么长的钢箱梁在没有桥墩的支撑下,如何“飞过”430米宽的江面呢?

  双拥大桥项目总工程师李飞告诉记者,当初给的建议方案是在缆绳上架设吊机。但是,由于桥梁设计是单根主缆,在实际施工过程中,重达8900多吨的钢箱梁节段在100多米的高空中吊装就位时,稳定性很难解决,而且这对钢梁本身的焊缝要求非常高。

  2009年5月份,桥梁设计大师杨进、中国中铁的副总工程师郑机等专家在工地考察后,对这一建议方案的安全性提出了自己的意见。

  “我们通过结构性分析和设计,加之考虑到柳江四季通航,想到了顶推方案--搭设水中临时支墩,在支墩顶部安装滑道,用千斤顶将钢箱梁托起,从桥的一侧分节块逐块焊接,向对岸顶推,直至整体到位,这样既能保证稳定性又不耽误工期。

  但是,又一难题摆在项目部面前——通常的顶推都是双支点。具体到双拥大桥,8900吨的钢箱梁,在水中支墩顶部滑移,双支点很难控制摩擦系数。

  通过科学细致的反复验算,项目部提出了大胆的想法——“那能不能用单支点代替双支点?”这一施工方案——“主桥钢箱梁单支点单端长距离多点连续顶推”有效地将摩擦系数控制在5%以内,大大降低了因摩擦系数过大导致支墩偏移的可能。2010年1月,整个方案顺利通过专家评审。

  钢箱梁线形、平面度、焊接质量、水中支墩监测成为施工过程的重中之重,项目部成立的钢箱梁顶推监控小组不断对重点工序中的技术质量难点进行技术攻关和工艺优化。“单主缆斜吊杆地锚式悬索桥的施工方法”获得国家发明专利,“宽桥面单—纵隔板钢箱梁顶推机构”“浮筒式水上钻孔平台”等创新性的施工方案获得国家实用新型专利。“今后不管是悬索桥还是斜拉桥,只要是钢结构的桥都能利用这些专利和施工工艺完成顶推过程中支墩钻孔、顶推机构的施工。”李飞说。

  30层楼高的“A”型主塔,80吨重的节块,如何将安全风险降到最低?如何保证吊装中钢管的垂直度?没有参考,他们敢做——

  在双拥大桥施工现场,隔江对称高达百米的“A”字形白色主塔最先映入眼帘。项目工程部部长李光均告诉记者,建造这座大桥,两岸的钢管桩主塔支架吊装安装是工序的基础,也是重中之重。由于桥梁是单主缆设计,两个主塔不仅要承受自身重力,还要考虑通过大桥的主缆传递给塔身的主梁桥面系的重量。

  “针对现场情况我们进行了很多方案的比选,最先考虑的也是最常规的施工方法——用大型吊机吊装。主塔分阶段吊装除了塔冠以外,一般钢主塔节段80吨左右,最重一个节段160吨,吊装高度90米,需要进行29次吊装,国内只有两台吊机能满足施工要求。但是,当时这两台机器都没有闲置,我们等不起。而且机器的租赁费太高了,光是吊装费就在千万元以上,我们也租不起。”对主塔吊装安装施工方案做结构设计和分析的李光均对当时的情况记忆犹新。设计大师杨进等国内的几位专家评审、论证后,确定了比选方案中的另外一套——穿心型往复式千斤顶的支架吊装方案。方案确定以后,项目组要做的就是根据塔的形式,分析主塔断面、构造形式,设计吊点的位置,把起吊设备放上去。考虑到A型主塔的倾斜面,项目组在施工中设置4个吊点,采用4台起吊设备。

  但是,设计中的主塔将近105米,这么高的支架项目组以前次从来没做过,而且也没有可参考借鉴的案例。如何将安全风险降低?而且,主塔为三维变截面结构,吊装中如何保证钢管的垂直度?这些现实的难题又摆在了项目组面前。

  “我们的科研攻关小组不断对方案进行优化,最后决定采用法兰盘焊接,不但保证了钢管的垂直度,而且变高空作业为陆地作业,把安全风险减降到最小。”李光均告诉记者。主塔支架由直径一米五、每节段长十二米的数百根钢管从下至上拼装而成。

  2010年12月17,主塔施工完毕,施工方案已经形成了3项国家专利——空间变截面钢箱塔下承压板安装结构、高主塔吊装门架支反力约束固定机构和三维变截面A型钢箱主塔节段吊装结构。

  搭载整个桥身重量的主缆,从两个“A”字形主塔的塔尖穿过,连接地锚,用4.9万吨的混凝土牢牢地固定在岸边的锚锭中。

  唐俊告诉记者,千万别小看这两个直径达到100米,深度达到22米的锚锭。要知道,这么大的基坑全是靠挖掘机一点一点挖下去的。按照一次屈臂挖1立方米的土石、每3分钟(时间)屈臂一次计算,一台挖掘机一刻不停需要将近一年才能挖好整个基坑。

  柳江沿岸属于特殊溶蚀地质,巨大的深基坑,如何支护、止水是最大的难题。稍有不慎就会造成江水倒灌,后果不堪设想。

  为了对施工方案进行优化,唐俊带领着项目组加班加点审阅设计图纸,深入分析地质资料,经充分分析研究和比选,历时仅一个月,就拿出了一套行之有效的完整施工方案--放坡与喷锚支护和支护桩与逆作拱墙联合支护开挖、高压旋喷桩与注浆帷幕止水综合施工,基坑分为两部分进行开挖,柳江常水位以上部分进行放坡喷锚支护开挖,柳江常水位以下部分采用垂直开挖,进行支护桩结合连续板墙支护,对土层和岩层分别进行高压旋喷装和帷幕灌浆进行止水施工。这样做既加快了施工进度,易于控制深基坑的变形量,又节约了近百万元的工程费用,并填补了此类地质深基坑施工的空白。形成了联合支护开挖溶蚀地质深基坑、复杂地质条件下联合的围堰等国家专利。

  项目组在进行技术攻关和方案优化的同时,也注意对年轻人的培养。每周三晚上的“青年讲习会”成了青年技术人员为自己“充电”的场所。通过幻灯播放和板书演示等形式,大家互相传授和讲解自己的施工经验,讲习内容也从工程技术拓展到工程预算、物资机械等方面,项目青年工程师杨世文说:“讲习会成了我们的‘大课堂’,可以掌握更全面、更广泛的技术知识。”

  双拥大桥的施工已接近尾声,这群年轻的桥梁建设者用自己的智慧和汗水不断挑战新高,创造奇迹,给我们带来力学之美的同时,也书写着桥梁建筑史上的辉煌一页。

  刘学思摄(科技日报)
(责任编辑:史雅乔)

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